一种基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头制造技术

本发明专利技术属于光学设备领域，具体涉及一种基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头。该镜头将补偿镜集成于镜头自身的光学系统中，不仅成像品质好、结构紧凑并且补偿镜控制难度低、经济性高，能够满足实际使用要求。其基本结构包括第一物镜、第二物镜、补偿镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜；探测目标的光辐射被第一物镜、第二物镜和补偿镜汇聚在一次像面上，再由第一投影镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜成像在外部红外热像仪的光敏面上，同时需要满足入瞳成像到外部自冷式探测器冷屏位置上。

【技术实现步骤摘要】
一种基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头
本专利技术属于光学设备领域，具体涉及一种基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头。
技术介绍
红外搜索跟踪系统以一定的转速沿着方位旋转，通过搭载的红外搜索跟踪成像系统对其周围方位360°范围、一定距离内景物成像，从而对可疑目标进行探测，起到预警的作用。由于方位360°成像无盲区、探测概率高，所以应用广泛，特别是在军事预警、边防监控、森林防火等方面。红外搜索跟踪系统实现方位360°成像方法主要有：线扫描成像、凝视器件慢速扫描成像、凝视器件步进扫描成像及反向扫描补偿成像。其中反向扫描补偿成像方式由于转速快、探测距离远，成为最新一代红外搜索跟踪系统优先采用的方案。由于该方法转速快(1圈/每秒或更高)，因而直接曝光成像会产生像移，需要使用补偿反射镜在红外热像仪曝光过程中，以扫描转台一半的速度反向转动，实现对目标凝视拍摄，从而获得清晰图像(如图1所示)。作为成像最重要的核心组件的红外搜索跟踪镜头和补偿镜，两者的布局及外形尺寸，特别是补偿镜的外形尺寸决定了系统的控制难度和设备的经济性。图1中补偿反射镜位于红外搜索跟踪镜头外部前方是常见的布局，这种布局红外搜索跟踪镜头设计简单，其成像质量只与补偿镜面型(小口径高精度面型加工难度低)有关，而与其转角无关，所以系统成像质量好，但是补偿反射镜以一定的角度放置在镜头前端光路中，为了探测大的视场，因此补偿镜的尺寸要求较大，控制难度较高，经济性也较差。为了降低控制难度，提高经济性，控制补偿反射镜尺寸是最有效的途径，也是设计人员面临的最大难题。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种将补偿镜集成于红外搜索跟踪镜头内的红外搜索跟踪镜头，该镜头不仅成像品质好、结构紧凑并且补偿镜控制难度低、经济性高，能够满足实际使用要求。本专利技术采取的技术方案是：该基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头包括第一物镜、第二物镜、补偿镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜；探测目标的光辐射被第一物镜、第二物镜和补偿镜汇聚在一次像面上，再由第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜成像在外部红外热像仪的光敏面上，同时需要满足入瞳成像到外部自冷式探测器冷屏位置上。第一物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月透镜构成；第二物镜由一个负光焦度弯向像方的弯月非球面镜构成；补偿镜由一个光焦度为零的平面反射镜构成；第一投影物镜由一个正光焦度双凸透镜构成；第二投影物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月镜构成；第三投影物镜由一个负光焦度弯向像方的弯月非球面镜构成；第四投影物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月镜构成；第五投影物镜由一个正光焦度弯向物方的弯月透镜构成。进一步地，上述第一物镜的厚度为7mm，第二物镜厚度为4.5mm，第一投影物镜厚度为8mm，第二投影物镜厚度为13mm，第三投影物镜厚度为15mm，第四投影物镜厚度为6mm，第五投影物镜厚度为6mm；第一物镜与第二物镜之间间隔1mm，第二物镜与补偿镜之间间隔25.9mm，补偿镜与第一投影物镜之间间隔83mm，第一投影物镜与第二投影物镜之间间隔0.5mm，第二投影物镜与第三投影物镜之间间隔1.5mm，第三投影物镜与第四投影物镜之间间隔10.49mm，第四投影物镜与第五投影物镜之间间隔12.90mm，第五投影物镜与外部红外热像仪之间间隔4mm。进一步地，上述第一物镜、第二物镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜均设有正向透射面和反向透射面，正向透射面为接收光束的表面，反向透射面为正向透射面的相对面；第一物镜的正向透射面的曲率半径为34.07mm，其反向透射面的曲率半径为49.835mm；第二物镜的正向透射面的曲率半径为30.72mm，第二物镜的正向透射面的非球面2阶系数为-0.303，4阶系数为4.21×10-6，6阶系数为5.18×10-11；第二物镜的反向透射面的曲率半径为21.75mm，第二物镜的反向透射面的非球面2阶系数为0.225，4阶系数为4.71×10-6，6阶系数为9.03×10-10，第一投影物镜的正向透射面的曲率半径为-536.87mm，其反向透射面的曲率半径为204.03mm；第二投影物镜的正向透射面的曲率半径为-43.70mm，其反向透射面的曲率半径为-75.06mm；第三投影物镜的正向透射面的曲率半径为-85.91mm，第三投影物镜的正向透射面的非球面2阶系数为0.499，4阶系数为5.84×10-7，6阶系数为-2.36×10-11，第三投影物镜的反向透射面的曲率半径为-25.91mm，第三投影物镜的反向透射面的非球面2阶系数为-0.977，4阶系数为-7.86×10-6，6阶系数为-3.33×10-9；第四投影物镜的正向透射面的曲率半径为-55.60mm，其反向透射面的曲率半径为-152.97mm；第五投影物镜的正向透射面的曲率半径为190.10mm，其反向透射面的曲率半径为83.93mm。进一步地，上述第一物镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第四投影物镜以及第五投影物镜采用单晶硅材料磨制，第二物镜以及第三投影物镜采用单晶锗材料磨制。进一步地，上述补偿镜转角为1°，直径为40mm。进一步地，上述红外搜索跟踪镜头的焦距为75mm，F数为2，垂直视场13°，冷屏效率100％，系统总长200mm。本专利技术的有益效果是：1、该红外搜索跟踪镜头由一个第一物镜和一个第二物镜将目标成像在一次像面位置，为第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜，成像提供物面；补偿镜用于红外热像仪曝光过程中的像移补偿；然后由投第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜将入瞳成像到探测器冷屏位置上，实现光栏和冷屏的完全匹配，减少杂光，提高信噪比，同时也有效减小了第一物镜和一个第二物镜的口径，与现有技术相比，本专利技术是将补偿镜放置在物镜与一次像面之间的光路中，可有效的减小补偿镜的口径，降低了控制难度，提高了经济性。2、本专利技术中第二物镜以及第三投影物镜采用单晶锗材料磨制并且为非球面镜，其目的是用于辅助校正轴外像差，进一步的提高了成像质量。3、本专利技术的镜头焦距为75mm，F数为2，垂直视场11.6°，冷屏完全匹配，系统总长为200mm，成像质量能够满足实际对点目标探测发现的使用要求。附图说明图1为现有红外搜索跟踪系统的结构原理图；图2为本专利技术的红外搜索跟踪镜头光路图；图3为空间频率为20lp/mm、补偿镜转角0°时，光学系统的MTF曲线图。图4为空间频率为20lp/mm、补偿镜转角0.5°时，光学系统的MTF曲线图。图5为空间频率为20lp/mm、补偿镜转角1°时，光学系统的MTF曲线图。图6为本专利技术镜头光学系统畸变曲线图。附图标记如下：1-第一物镜、2-第二物镜、3-补偿镜、4-第一投影物镜、5-第二投影物镜、6-第三投影物镜、7-第四投影物镜、8-第五投影物镜、9-外部红外热像仪窗口、10-外部探测器11-外部红外热像仪的光敏面。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例做进一步的详细说明。如图2所示的75mm/F2基于补偿镜的红外搜索跟踪镜头，采用3组8片式结构，其包括第一物镜、第二物镜、补偿镜、第一投影物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头，其特征在于：包括第一物镜、第二物镜、补偿镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜；探测目标的光辐射被第一物镜、第二物镜和补偿镜汇聚在一次像面上，再由第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜成像在外部红外热像仪的光敏面上，同时需要满足入瞳成像到外部自冷式探测器冷屏位置上；第一物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月透镜构成；第二物镜由一个负光焦度弯向像方的弯月非球面镜构成；补偿镜由一个光焦度为零的平面反射镜构成；第一投影物镜由一个正光焦度双凸透镜构成；第二投影物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月镜构成；第三投影物镜由一个负光焦度弯向像方的弯月非球面镜构成；第四投影物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月镜构成；第五投影物镜由一个正光焦度弯向物方的弯月透镜构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头，其特征在于：包括第一物镜、第二物镜、补偿镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜；探测目标的光辐射被第一物镜、第二物镜和补偿镜汇聚在一次像面上，再由第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜成像在外部红外热像仪的光敏面上，同时需要满足入瞳成像到外部自冷式探测器冷屏位置上；第一物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月透镜构成；第二物镜由一个负光焦度弯向像方的弯月非球面镜构成；补偿镜由一个光焦度为零的平面反射镜构成；第一投影物镜由一个正光焦度双凸透镜构成；第二投影物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月镜构成；第三投影物镜由一个负光焦度弯向像方的弯月非球面镜构成；第四投影物镜由一个正光焦度弯向像方的弯月镜构成；第五投影物镜由一个正光焦度弯向物方的弯月透镜构成。2.根据权利要求1所述的基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头，其特征在于：所述第一物镜的厚度为7mm，第二物镜厚度为4.5mm，第一投影物镜厚度为8mm，第二投影物镜厚度为13mm，第三投影物镜厚度为15mm，第四投影物镜厚度为6mm，第五投影物镜厚度为6mm；第一物镜与第二物镜之间间隔1mm，第二物镜与补偿镜之间间隔25.9mm，补偿镜与第一投影物镜之间间隔83mm，第一投影物镜与第二投影物镜之间间隔0.5mm，第二投影物镜与第三投影物镜之间间隔1.5mm，第三投影物镜与第四投影物镜之间间隔10.49mm，第四投影物镜与第五投影物镜之间间隔12.90mm，第五投影物镜与外部红外热像仪之间间隔4mm。3.根据权利要求2所述的基于补偿镜的中波红外搜索跟踪镜头，其特征在于：所述第一物镜、第二物镜、第一投影物镜、第二投影物镜、第三投影物镜、第四投影物镜和第五投影物镜均设有正向透射面和反向透射面，正向透射面为接收光束的表面，反向透射面为正向透射面的相对面；第一物镜的正向透射面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，高昕，刘波，李传刚，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61